液壓升降舞臺設計(畢業(yè)論文)

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1、 液壓升降舞臺系統 摘 要 本次畢業(yè)設計是關于液壓升降舞臺系統的設計。首先對液壓升降舞臺作了 簡單的概述；接著分析了液壓升降舞臺的基本結構和工藝參數， 然后根據所要求 的基本工參數和機械機構，進行了液壓系統的計算，從而對液壓元件進行選型， 然后在對所選擇的液壓升降舞臺的性能進行了必要的驗算， 當驗算合格后， 本設計給出了升降舞臺液壓系統的原理圖和電氣控制圖，并對此作出了詳細的分析。 最后本文簡單的說明了液壓升降舞臺的安裝與維護。 目前，液壓升降舞臺正朝著長距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展。近年來在液壓升降舞臺的設計、制造以及應用方面，

2、我國與國外先進水平相比仍有較大差距 , 國內在設計制造液壓升降舞臺過程中存在著很多不足，因而所需我們努力改進的地方還有很多。 關鍵詞： 液壓升降舞臺 機械結構 液壓系統原理 電氣控制 I The System Of Hydraulic Elevator Sage Abstract This

3、 graduates design is about the system of hydraulic elevator stage.Firstly it introduces the hydraulic elevator stage in outline.Then this design analyses the basic structure and technological parameters of hydraulic elevator stage. After that it does a lot of computation about the system

4、 of hydraulic on the basis of he basic structure and technological parameters so that we can choose the hydraulic component.Afterwards it did a lot of examine about the performance of the hydraulic elevator stage.When examine meet the requirement ， this design presents the key diagram and electri

5、c controlling system diagram of hydraulic elevator stage system，besides，it also make a detailed analysis。Finally, this paper briefly explain the installation and maintenance of the hydraulic elevator stage.At present,the hydraulic elevator stage is developing toward Long distance, h

6、igh speed, low friction.In recent years ,at the design, manufacturing and application of the hydraulic elevator stage ，Our country and foreign advanced level still lags far behind.there are many shortcomings in the process of designing and making hydraulic elevator stage in our country.So we need

7、ed to improve in many areas. Key Words: hydraulic elevator stage technological parameters key diagram of hydraulic elevator system electric controlling system diagram II 目錄 摘 要 ..........................................

8、........ I Abstract .................................................................. II 一．緒論 .................................................................. 1 1.1 液壓技術的應用與特點 .........................................1 1.1.1 液壓技術的應用 .........................................1 1.1.

9、2 液壓傳動的特點 .........................................2 1.1.3 液壓系統的組成 .........................................2 二．液壓升降舞臺結構分析與設計 . .................................... 5 2 .1 升降舞臺的簡介 .............................................. 5 2.2 升降舞臺的液壓系統方案的確定 ................................

10、 6 2.2.1 升降臺機構的設計 ....................................... 6 2.2.2 升降舞臺升降過程示意圖 ................................. 7 2.2.3 降臺工藝參數 ........................................... 8 三．升降舞臺液壓系統設計計算 ....................................... 9 3.1 執(zhí)行元件類型、數量、和安裝位置 ........................

11、....... 9 3.2 升降舞臺升降部分的設計 ....................................... 9 3.2.1 確定液壓系統的工作要求 ................................. 9 3.2.2 分析液壓系統給的工況 .................................. 10 3.2.3 確定液壓缸的主要參數 .................................. 10 四．液壓系統的設計與分析 . ............................

12、............... 15 4.1 液壓回路的選擇 .............................................. 15 4.1.1 確定油路方式 .......................................... 15 4.1.2 確定調速方法 .......................................... 16 4.1.3 速度換接回路的選擇 .................................... 16 4.1.4 換向回路的選擇 ....

13、.................................... 16 III 目錄 4.1.5 壓力控制回路的選擇 .................................... 17 4.1.6 其他回路的分析與選擇 .................................. 17 4.2 升降舞臺液壓系統工作原理圖的確定和分析 ...................... 18 4.2.1 升降舞臺液壓系統工作原理圖 ............................ 18

14、 4.2.2 液壓系統組成及工作原理 ................................ 18 4.3 液壓元件的選擇 .............................................. 19 4.3.1 液壓泵及電動機的選擇 .................................. 19 4.3.2 液壓閥的選擇 .......................................... 20 4.3.3 流量控制閥 ...............................

15、............. 20 4.3.4 方向控制閥 ........................................... 21 4.3.5 其它輔助元件的確定 .................................... 22 4.4 液壓元件的連接 .............................................. 24 4.5 液壓系統的演算 .............................................. 25 4.5.1 判斷流動狀態(tài) ........

16、.................................. 25 4.5.2 壓力損失 .............................................. 25 4.5.3 局部壓力損失（油液流經閥的損失） ...................... 25 五．液壓系統性能的驗算 .............................................. 27 5.1 系統壓力損失計算以及泵壓力的調整 ............................ 27 5.2 系統發(fā)熱及溫升計

17、算 .......................................... 28 六．電氣控制回路的設計 .............................................. 31 6.1 液壓和電氣控制系統 .......................................... 31 6.2 液壓系統和電氣系統的仿真 .................................... 32 七．升降舞臺液壓系統的安裝調試 . ................................... 40

18、 7.1 液壓系統的安裝 .............................................. 40 7.1.1 系統安裝前注意事項 .................................... 40 7.1.2 系統安裝時的注意事項 .................................. 40 7.1.3 系統安裝方法 .......................................... 42 7.2 液壓系統的調試 .................................

19、............. 43 IV 7.2.1 調試的目的 43 7.2.2 調試的步驟 43 7.2.3 調試的主要內容 44 八. 液壓系統污染的控制 . 46 8.1 污染的控制 46 8.1.1 污染物種類和來源 46 8.1.2 油液污染物的控制 47 8.2 泄露控制 48 8.2.1 控制泄露 48 8.2.2 液壓系統泄露的排除方法 49 總結 51 參考文獻 52 致謝 53

20、 V 目錄

21、 VI 一．緒論 本次畢業(yè)設計是根據我們機械及其自動化專業(yè)的學生，所掌握的專業(yè)知識而編寫的。它突出了液壓技術的特點， 實現機械和電氣控制的有機地融合在一起，從而實現機電一體。 本文主要介紹升降舞臺液壓系統的設計思路、 液壓系統的工作原理及各種液壓元件的選用。 1.1 液壓技術的應用與特點 1.1.1 液壓技術的應用 液壓技術是涉及液體流動和液體壓力規(guī)律的科學技術。近幾十年來，液壓技術發(fā)展非常快，廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)和國防等各個部門。液壓傳動主要應用如下： (1) 一般工業(yè)用液壓系

22、統： 坯料加工機械 ( 注塑機 ) 、壓力機械 ( 鍛壓機 ) 、重型機械 ( 廢鋼壓塊機 ) 、機床 ( 全自動六角車床、平面磨床 ) 等； (2) 行走機械用液壓系統： 工程機械 ( 挖掘機 ) 、起重機械 ( 汽車吊 ) 、建筑機 械 ( 打樁機 ) 、農業(yè)機械 ( 聯合收割機 ) 、汽車 ( 轉向器、減振器 ) 等； (3) 鋼鐵工業(yè)用液壓系統： 冶金機械 ( 軋鋼機 ) 、提升裝置 ( 電極升降機 ) 、軋輥調整裝置等； (4) 土木工程用液壓系統： 防洪閘門及堤壩裝置 ( 浪潮防護擋板 ) 、河床升降裝置、橋梁操縱機構和礦山機械 ( 鑿巖機 ) 等：

23、(5) 發(fā)電廠用液壓系統；渦輪機 ( 調速裝置 ) 、核發(fā)電廠等； (6) 特殊技術用液壓系統： 巨型天線控制裝置、 測量浮標、 飛機起落架的收放裝置及方向舵控制裝置、升降旋轉舞臺等； (7) 船舶用液壓系統：甲板起重機械 ( 絞車 ) 、船頭門、艙壁閥、船尾推進器 等； (8) 軍事工業(yè)用液壓系統：火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真等。上述的概略說明不包括所有應用的可能性。 目前，液壓傳動技術在實現高 壓、高速、大功率、高效率、低晚聲、長壽命、高度集成化等方面都取得了很大 的進展。同時，由丁它與微電子技術次緊密配合， 能在盡可能小的空間內傳送出

24、 盡可能大的功率并加以準確地控制，從而更使它在各行各業(yè)中發(fā)揮出巨大作用。 1 1.1.2 液壓傳動的特點 與其他傳動相比其優(yōu)點如下： (1) 在同等體積下，液壓裝置能產生出更大的動力。也就是說，在同等功率 下，液壓裝置的體積小、 重量輕、結構緊湊，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在這里等于工作壓力； (2) 按壓裝置容易做到對速度的無級凋節(jié)，而且調速范圍大，并且對速度的調節(jié)還可以在工作過程中進行； (3) 液壓裝置工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現頻繁換向； (4) 液壓裝置易于實現過載保護．能實現自潤滑，使用壽

25、命長； (5) 按壓裝置易于實現自動化，可以很方便地對液體的流動方向、壓力和流 量進行調節(jié)和控制， 并能很容易地和電氣、 電子控制或氣動控制結合起來， 實現復雜的運動、操作。 (6) 液壓元件易于實現系列化、標準化、通用化，便于設計、制造和推廣使 用 當然，液壓傳動還存在以下一些明顯缺點： (1) 液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮件，使這種傳動無法保證嚴格的傳動 比； (2) 液壓傳動有較多的能量損失 ( 泄漏損失、摩擦損失等 ) ，因此，傳動效率相對低； (3) 液壓傳動對油溫的變化比較敏感不宜在較高或較低的溫度下工作; (4) 液壓

26、傳動在出現故障時不易找出原因。 1.1.3 液壓系統的組成 液壓傳動裝置主要由以下五部分組成： 1) 能源裝置——把機械能轉換成油液液壓能的裝置。 最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統提供壓力油。 2) 執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉換成機械能的裝置。 它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉運動的液壓馬達。 3) 控制調節(jié)裝置——對系統中油液壓力、 流量或流動方向進行控制或調節(jié)裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等這些元件的不同組合形成了不同功 2 能的液壓系統。 4) 輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置

27、，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統正常工作也有重要作用。 5 ）工作介質：液壓系統中用量最大的工作介質是液壓油，通常指礦物油 3

28、 4 XXXXX大學學士學位論文 二．液壓升降舞臺結構分析與設計 2 .1 升降舞臺的簡介 隨著文化生活的日益豐富，人們對演出活動中舞臺效果的要求越來越高，

29、 在比較高檔的文化娛樂場所， 為了創(chuàng)造一種生動活潑的立體演出效果， 傳統的精 靜止舞臺逐漸被摒棄，而代之以升降舞臺?，F在在專業(yè)歌劇院、舞劇院、話劇院 以及大型的音樂廳里都配備各種類型的升降舞臺， 它能夠有效利用現場的有效空 間，盡可能的減少傳動裝置的占地面積保證舞臺平穩(wěn)升降， 并且具有快速遷換布 景，滿足舞臺工藝布置及舞美設計和劇目編導人員的需要， 制造特殊氣氛和效果， 根據不同表演流派需求改變舞臺的形式等。 目前國內外采用的是滑動螺母絲杠升降臺，普通滑動螺母絲杠副的特點 是可以按需要設計成自鎖， 這對載人升降臺是一個很好的優(yōu)點， 但是，滑動螺母

30、 絲杠副在設計成自鎖的條件下機械效率很低，理論上可達到 40%，事實證明，由于加工精度、表面粗糙度、潤滑條件、安裝條件的限制，真正能達到的機械效率只有 20%～ 30%。而舞臺升降臺的載重較重，一般為 10t 左右，加上升降速度較快，最高達 0.2m/s, 這樣就必須要求所選電動機的功率較大，一般為 20kw 以上， 同時，由于舞臺升降臺一般要求變頻調速， 這樣所選用的變頻器的容量較大， 功率（容量）較大，成本上升，尤其是變頻器，隨容量的增大，成本急劇上升。因 此，我們將金屬切削機床上采用的滾珠螺母絲杠副用于舞臺升降臺的升降傳動，滾珠螺母絲杠副具有較高的傳動效率， 但不能自鎖，這對

31、載人升降舞臺來說不安全，而滾珠螺母絲杠副的傳動效率高于普通滑動螺母絲杠副， 且能自鎖， 常用于 垂直移動的傳動。 滾柱螺母絲杠副要求絲杠直徑較粗， 否則，絲杠螺紋與滾柱的環(huán)槽有可能發(fā)生干涉。 這一要求在舞臺升降臺上是完全能滿足的， 因為由升降行程所決定的絲杠長度較長，一般為 5～7 m ，根據剛度要求，絲杠直徑本身就要求較粗。而采用液壓傳動可實現高壓高速、大功率、高效率、低噪聲、長壽命、 高度集成化等方面的發(fā)展， 與機械傳動相比， 采用液壓傳動可減少換向沖擊、 降低能量消耗、縮短換向時間，有效利用現場有效空間， 減少傳動裝置的占地面積，保證升降舞臺升降平穩(wěn)，易于實現自動化控制以及無

32、級調速。 5 液壓升降舞臺結構分析與設計 常用的幾種升降機構的比較： (1) 液壓升降機構：采用液壓技術，升降平穩(wěn)、噪音低。 (2) 垂直絲杠升降機構：采用絲杠傳動方式，可以實現雙層臺面的升降。根據需要可多塊組成升降臺群， 能在行程范圍內組成不同的臺階以滿足會議和演出的需要，是搭設”亭、臺、樓、閣”的理想道具。 (3) 水平絲杠機械升降機構：該結構的升降臺具有土建配合量小，所需基坑淺、行程大、運行平穩(wěn)、噪音低、定位準確、造價低等優(yōu)點。采用水平絲杠傳動，通過剪叉結構實現臺面的升降運動，在行程范圍內可任意停止。 (4) 鏈條式升降機

33、構：有良好的導向機構，可保證設備運行時無傾斜。 (5) 齒輪齒條式升降機構：傳動精確，造價高。 (6) 螺旋器升降機構： 具有普通升降臺的全部功能， 主要特點是設備占用基坑小，行程大。設備高度僅 200～500mm，行程可達 14m。對于舞臺建在二層以上的建筑物，因空間受到限制的劇場尤為適合。 從上面的比較可知，液壓式升降機構升降平穩(wěn)、噪音低、使用壽命長、承受載荷大而且控制相對簡單，應用在舞臺設備中比較合適。 2.2 升降舞臺的液壓系統方案的確定 此次設計中是將液壓傳動技術應用于舞臺的升降中，升降舞臺的升降功能 是由 4根液壓缸頂升叉架完成， 4 根液

34、壓缸的同步由帶補正裝置的同步回路完成。升降臺是液壓系統的重要應用領域， 升降臺液壓系統也是比較成熟的技術。 但此套大型設備不能簡單地套用，必須解決好以下問題，方可靠保證舞臺平穩(wěn)升降。 （ 1）保證動作平穩(wěn)， 舞臺上載重量變化比較大， 且液壓缸在升降過程中隨叉架角度變化較大， 因此液壓缸負載變化較大， 液壓系統必須要能克服負載變化對速度產生的影響，確保機構無沖擊的平穩(wěn)運行； （ 2）根據舞臺承受的動靜載荷，速度要求，經過計算，得出上升過程中液壓缸無桿腔工作壓力約為 1~3MPA，單根液壓缸理論流量為 32.739.5L/min ； （ 3）下降過程主要靠自重，但必須加以控制，尤

35、其是大型設備，一旦失去控制，極其危險。 2.2.1 升降臺機構的設計 該升降臺主要有兩部分組成： 機械系統和液壓系統。 機械機構主要起傳遞和 6 XXXXX大學學士學位論文 支撐作用，液壓系統主要提供動力，他們兩者共同作用實現升降機的功能。 其結構見圖如下圖所示： 圖 2-1 升降舞臺結構簡圖 上圖所示即為單個升降舞臺的基本結構形式，其中 1 是工

36、作平臺， 2 是活動 鉸鏈， 3 為固定鉸鏈， 4 為支架， 5 是液壓缸， 6 為底座。 4（支架）主要起支撐 作用和運動轉化形式的作用， 一方面支撐舞臺的載荷， 一方面通過其鉸接將液壓 缸的伸縮運動轉化為舞臺的升降運動， 1（工作平臺）與載荷直接接觸，將載荷 轉化為均布載荷，從而增強局部承載能力。下底架主要起支撐和載荷傳遞作用， 它不僅承擔著整個舞臺的重量， 而且能將作用力傳遞到地基上。 通過這些機構的 相互配合，實現升降舞臺的穩(wěn)定和可靠運行。 兩支架在 0 點鉸接，支架的一端分 別固定在平臺和底座上，另一端采用滾輪滑動，通過活塞桿的伸縮和鉸接點

37、 0 的作用實現舞臺升降平穩(wěn)。 而且該機構要求基坑較淺， 從而可以節(jié)約投資， 液壓缸左右對稱布置， 工作時總體水平方向上受到的合力為零， 使得臺面水平方向不發(fā)生運動，只是垂直方向的往復運動。 2.2.2 升降舞臺升降過程示意圖 7 液壓升降舞臺結構分析與設計 圖 2-2 升降舞臺升降示意圖 當系統響應時，三個臺面同時升起，舞臺 1 升

38、高高度為 1m，舞臺 2 升高高 度為 2m，舞臺 3 為 3m，升降速度相同。在下面的計算過程中，我們按舞臺 3 的 結構來計算，當結構 3 滿足時，其他 2 個同時滿足。 2.2.3 降臺工藝參數 相關工藝參數為： 單個平臺尺寸： 16m2m 升降行程： 1~3m 升降速度： 0.2m/s 靜載荷： 4000kg/ ㎡ 動載荷： 2000kg/ ㎡ 電源： 380v,50Hz 8 XXXXX大學學士

39、學位論文 三．升降舞臺液壓系統設計計算 3.1 執(zhí)行元件類型、數量、和安裝位置 表 3-1 執(zhí)行元件類型選擇 往復直線運動 回轉運動 往復擺動 運動形式 短行程 長行程 高速 低速 執(zhí) 行 元 件 的 柱塞缸 高速液壓 低速液壓 擺動液壓馬達 類型 活塞缸 液壓馬達和絲杠 馬達 馬達 螺母機構 根據上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸（ A1=2A2)，再根據其運動要求進一步選擇液壓缸類型為雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸。符號位： 數量：該升降平臺為雙單叉

40、結構， 故其采用的液壓缸數量為 4 個完全相同的液壓缸，其運動完全是同步的，但其精度要求不是很高。 安裝位置：液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型， 尾部單耳環(huán)， 氣缸體可以在垂直面內擺動，安裝的位置為簡 所示的前后兩固定支架之間的橫梁之上，橫梁和支架組成為一體， 通過橫梁活塞的推力逐次向外傳遞， 使升降機升降， 完成舞臺的升降。 3.2 升降舞臺升降部分的設計 3.2.1 確定液壓系統的工作要求 根據工作要求， 確定該系統的工作循環(huán)為： 快速前進——工進——工退——原 位 停 止 ， 根 據 具 體 加 工 求 計 算 得 出 ： 快 速 前 進 時 的 速 度 為

41、4500mm/min(0.075m/s) ，工作進給時的速度應在 20~120mm/min(0.0003~0.002m/s) 范圍內作無級調速， 臺面最大工進行程為 3m,工退行程為 3m，運動部件自身重為 0.6t ，啟動換向時間為△ t=0.05s, 系統豎直放置的垂直導軌的靜摩擦系數為 fs=0.2, 動摩擦系數為 fk=0.1, 油缸機械效率 ηcm取為 0.9 。 9 升降舞臺液壓系統設計計算 3.2.2 分析液壓系統給的工況 啟動加速階段： F=(Fs+Fi)/ ηcm=(fsG+G△v/g △ t)/ ηcm =(0.2 588

42、0+58800.075/9.8 0.05)/0.9 =2306.67N 工進階段： F=Fw/ηcm=58800.1/0.9=653.33N 工退階段： F= Fw/ η cm=58800.1/0.9=653.33N 表 3-2 液壓系統在各階段的速度與負載 階段 速度 v(m/s) 負載 F/N 啟動加速 0.075 2306.67 工進 0.0003~0.002 653.33 工退 0.0003~0.002 653.33 3.2.3 確定液壓缸的主要參數 1. 初選液壓缸的工作壓力

43、 表 3-3 按負載選擇壓力 負載（ KN） <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力 /mpa <=1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 >5 表 3-4 按設備類型選擇系統工作壓力 機床 農業(yè)機械，小型 液壓機，大中型 設備類型 組合 龍門 工程機械，建筑 挖掘機，重型機 機械，液壓鑿巖 械，起重運輸機 磨床 機床 刨床 拉床 機 械 工作壓力 3~5 2~8 8~10

44、 10~18 20~32 0.8~2 /mpa 10 XXXXX大學學士學位論文 由計算得出各階段負載的最大值查表 3-3 和表 3-4 ，取液壓缸的工作壓力為 0.8MPa。 2. 確定液壓缸的主要結構參數 表 3-5 液壓缸參考背壓 系統類型 背壓 P b10 5/Pa 回油路上有節(jié)流閥的調速系統 2~5 回油路上有調速閥的調速系統 5~8 回油路上裝有背壓閥 5~15 帶補油泵的閉式回路 8~15 根據表 3-2 得最大負載為啟動

45、加速階段負載： F=2306.67N, 液壓缸壓力為 0.8mpa，且為了防止負載的突然消失，改液壓缸采用背壓，則參照表 3-5 ，選背壓為 P2=0.6mpa。則： A= F = 2306.67 2 m（P1 - P2/2) 0.6 =0.0048561（m） ） 10 6 0.95 （0.8 - 2 則活塞直徑： D= 4A1 = 4 0.0048561 =0.078652m π π 式中： D—活塞桿直徑缸、筒內徑，單位為 m F —無桿腔推力，單位為

46、N P —工作壓力，單位為 MPa cm —液壓缸機械效率，取 cm =0.95 查設計手冊，液壓缸內徑系列將所計算的值圓整為標準值，取 D=100mm。 活塞桿直徑的確定 活塞桿直徑根據受力情況和液壓缸的結構形式來確定由參考文獻 [8] 可知： 受拉時： d (0.3 0.5)D （3-1 ） 受壓時： p 5MPa ， d (0.3 0.5)D （3-2 ） 11 升降舞臺液壓系統設計計算 5 p 7MPa ，d (0.5 0.7)D （3-3 ） p 7MPa ， d

47、0.7D （3-4 ） 為了實現快進與快退速度相同， 采用差動連接，則 d=0.707D, 所以 d=0.707D= 70mm 查得 d=70mm,符合活塞桿標準直徑系列，由 D=100mm,d=70mm計算液壓缸無桿腔有效工作面積為 A1=78.5C㎡ 有桿腔有效工作面積為 A2=40.1C㎡ 假定工 作進 給采 用調 速閥 調 速， 查產品樣 本， 調速 閥最 小穩(wěn) 定流 量為 Qmin=0.05L/min, 因為工作進給最小速度為 Vmin=20mm/min, 則 Qmin/Vmin=0.05103 10/20=25cm2＜ A2＜A1 因此能滿

48、足低速穩(wěn)定性要求。 3. 計算液壓缸的工作壓力、流量以及功率 （ 1）計算工作壓力 (P 1= F P2 A2 ) A1 根據有關資料，系統的背壓在 0.5~0.8MPa 范圍內選取。暫時規(guī)定，工作進 給的的背壓為 Pb=0.8MPa 快速進給時的背壓為 Pb=0.5MPa。液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力 P1 可按下面公式計算得出： 工作進給階段 ( 無桿腔進油 ) ： P1=F/A1+ PbA2/A1=653.310 103/78.5+0.8 40.1/78.5=0.49MPa 快速退回階段（有桿腔進油） ： P

49、1=F/A2+A1Pb/A2=653.3 10103/40.1+0.5 78.5/40.1=1.11MPa 快速前進階段 : P1=F/A1-A2+A2Pb/A1-A2=653.310103/78.5-40.1+40.1 0.5 102 101O 3/78.5-40.1=0.69MPa (2) 計算液壓缸的流量 (q=A1v2) 根據快進快退速度 V1=0.075m/s, 工進速度 V2=0.02m/s 計算液壓缸各階段所應輸 入的流量。 工進階段： Q1=A1V2=78.50.002/10 103=0.96L/min 12

50、 XXXXX大學學士學位論文 快退階段： Q1=A2V1=40.10.075/10 103=18L/min 快退階段： Q1=(A1-A2)V1=(78.5-40.1) 0.075/10 103=17.3L/min (3) 計算液壓缸的輸入功率 (P=p1q）工進階段： P=P1Q1=0.4916=7.84W=0.00784KW 快退階段： P=P1Q1=1.1118=33W=0.33KW 快退階段： P=P1Q1=0.6917.3=200.1W=0.2001KW 將以上計算得出的壓力、流量、功率列于表三中

51、 表 3-6 液壓缸在各工作階段的壓力、流量及功率 階段 工作壓力 P/Pa 輸入流量 Q(L/min) 輸入功率 P/kw 工進階段 0.49 0.96 0.00784 快速退回 1.11 18 0.33 快速前進 0.69 17.3 0.2001 4 液壓缸壁厚，最小導向長度，液壓缸缸筒長度的確定 ① 液壓缸壁厚的確定 液壓缸壁厚由結構和工藝要求等確定， 其強度一般滿足要求，通常不需演算。當液壓缸工作壓力較高或缸筒內經較大時， 需對其薄壁處進行強度校核。 壁厚由下式確定： PY D 2 式中： D ——液壓缸內徑 （

52、m） ——缸體壁厚 （cm） P ——液壓缸最高工作壓力 （Pa） 一般取 P =（ 1.2-1.3 ） p Y Y 缸體材料的許用應力 鋼材取 100 110MPa 13 升降舞臺液壓系統設計計算 代入數據： δ≧1.3 0.8 103 103 10／2100103 103=0.052cm 考慮到液壓缸的加工要求，將其壁厚適當加厚，取壁厚 3mm 。 ② 最小導向長度，液壓缸缸筒長度 活塞桿全部外伸時， 從活塞支撐面中點到導向滑動面中點的距離為活塞的最小導向長度 H，如下圖所示，如果最小導向長度過小，將會使液壓缸的初

53、始撓度 增大，影響其穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有最小導向長度， 對于一般的液壓缸，液壓缸最大行程為 L，缸筒直徑為 D時，最小導向長度 H. 圖 3-7 液壓缸結構簡圖 液壓缸的缸筒長度 L 主要有活塞最大工作行程決定， 一般缸筒長度不超過內徑的 20 倍。 活塞寬度度 b=（ 0.6~1 ）D=0.6100=60mm 活塞桿導向長度 H=（0.6~1.5 ）d=1.0 70=70mm 通常 L

54、≦(20~30)D=20 100~30100=2000mm~3000mm=1000mm L D H 20 2 即 H≧100/20 ＋ 10/2=10cm=100mm 取為 100mm 導向套滑動面長度 A ，在 D<80mm時，取 A=(0.6~1.5)D ，在 D>=80mm時，取 A=(0.6~1)D ，當導向套長度不夠時，不宜過分增大 A 和 B，必要時可在導向套和 活塞之間加一隔套，隔套的長度由最小導向長度 H 確定。 14 XXXXX大學學士學位論文

55、 四．液壓系統的設計與分析 4.1 液壓回路的選擇 4.1.1 確定油路方式 油路循環(huán)方式可以分為開式和閉式兩種，其各自特點及相互比較見下表： 表 4-1 油路循環(huán)方式 油液循環(huán)方 開式 閉式 式 散熱條件 較方便，但油箱較大 較好，需用輔泵換油冷 卻 抗污染性 較差，但可用壓力油箱或其他改善 較好，但油液過濾要求 較高 系統效率 管路壓力損失較大，用節(jié)流調速效率低 管路壓力損失較小，容 積調速效率高 液 壓泵 由 電動 機拖 動

56、 限速制動形 用平衡閥進行能耗限速， 用制動閥進行 時，限速及自動過程中 式 能耗制動，可引起油液發(fā)熱 拖 動電 機 能向 電網 輸 電，回收部分能量 其他 對泵的自吸性能要求較高 對主泵的自吸性能要求 較低 油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統的調速方式和散熱條件。 比較上述兩種方式的差異，再根據升降舞臺的性能要求，可以選擇的油路 15 升降舞臺液壓系統設計計算 循環(huán)方式為開式系統， 因為該升降機主機和液壓泵要分開安裝， 具有較大的空間存放油箱，而且要求該升降機

57、的結構盡可能簡單， 開始系統剛好能滿足上述要求。 油源回路的原理圖如下所示： 圖 4-2 油路回路原理圖 1. 油缸 2. 過濾器 3. 溫度計 4. 液位計 5. 電動機 6. 液壓泵 7. 溢流閥 8. 壓力表當系統中有多個液壓執(zhí)行元件時， 開始系統按照油路的不同連接方式又可以 分為串聯，并聯，獨聯，以及它們的組合 - 復聯等。 串聯方式是除了第一個液壓元件的進油口和最后一個執(zhí)行元件的回油口分 別與液壓泵

58、和油箱相連接外， 其余液壓執(zhí)行元件的進， 出油口依次相連， 這種連接方式的特點是多個液壓元件同時動作時， 其速度不隨外載荷變化， 故輕載時可多個液壓執(zhí)行元件同時動作。 4.1.2 確定調速方法 調速方法有節(jié)流調速、 容積調速、聯合調速。在設計中選用節(jié)流調速回路， 。節(jié)流調速一般采用定量泵， 用流量控制閥改變輸出輸入液壓執(zhí)行元件的流量來調 節(jié)速度。原因是該調速回路有以下特點：承載能力好，成本低，調速范圍大，適用于小功率，輕載或中低壓系統 ，但其速度負載特性差，效率低，發(fā)熱大。 4.1.3 速度換接回路的選擇 速度換接回路的形式常用行程閥或電磁閥來實現，行程閥具有

59、換接平穩(wěn)、 工作可靠、換接位置精度高、 電磁閥具有結構簡單、 控制靈活、調整方便的特點。 4.1.4 換向回路的選擇 16 XXXXX大學學士學位論文 根據執(zhí)行元件對換向性能功能的要求選擇換向閥機能和控制方式。在本設 計中多采用電磁換向閥實現回路的換向， 它具有操作方便、 便于布置、低速換向 的特點。 4.1.5 壓力控制回路的選擇 本設計中采用了節(jié)流調速，常用溢流閥組成限壓、安全、保護回路。 4.1.6 其他回路的分析與選擇 根據升降舞臺的要求，本設計中選用了多缸同步回路、順序動作回路、平 衡回路、

60、鎖緊回路和卸荷回路等。 在選擇回路中對同步回路和順序動作回路進行 詳細分析。 （ 1）多缸同步回路 同步回路是保持兩個或兩個以上的液壓缸在運動中保持相同的位移或相同 的速度，常用的有：（ a）帶補償措施的串聯液壓缸同步回路； （b）調速閥控制的 的同步回路；（3）機械連接同步回路。 （ b）調速閥控制的同步回路 在這個回路中，兩個調速閥分別調節(jié)兩液壓缸活塞的運動速度，仔細調整 兩個調速閥的開口， 可使兩液壓缸在同一個方向上實現速度同步， 這種同步回路 結構簡單并且速度可調，但是由于油溫變化及調速閥性能差異的影響 , 顯然這種 回路不易

61、保證位置同步、且調整麻煩，速度同步精度較低，一般在 5%~7%之間。 （ c）機械聯接同步回路 其特點是：回路結構簡單、工作可靠，但只適用于兩缸載荷相差不大的場 合，連接應具有良好的導向結構和剛性，否則會出現卡死現象。 （ 2）順序同步回路 常用的順序動作回路可分為壓力控制，行程控制和時間控制三類，其中前 兩類使用較多。 表 4-3 電磁鐵的動作 電磁鐵 動作 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 快速上升 + - + - - 勻速上升 + - + - + 下降 - +

62、- + - 17 升降舞臺液壓系統設計計算 停止 - - - - - 4.2 升降舞臺液壓系統工作原理圖的確定和分析 4.2.1 升降舞臺液壓系統工作原理圖 圖 4-4 液壓系統原理圖 1 液壓缸； 2 過濾器； 3 溫度計； 4 液位計； 5 電機； 6 液壓泵； 7 溢流閥； 8 壓力

63、表； 9 分流閥； 10、11 三位四通電磁換向閥； 12、15 單項節(jié)流閥； 13、 14 節(jié)流閥； 16、17、 18、19 液壓缸； 20 二位二通電磁換向閥； 21 調速閥 4.2.2 液壓系統組成及工作原理 當按下啟動動按鈕電機轉動， 液壓泵開始工作， 把油箱的油通過分流閥等量 分流到兩個三位四通的電磁換向閥。 當按下快速上升按鈕， 電磁鐵得電， 換向閥 1 工作在左位， 換向閥 2 工作在 右位。油液通過節(jié)流閥流向四個液壓缸， 四個液壓缸同步快速上升， 油液再通過 節(jié)流閥在流回油箱。 當液壓缸上升到上限位置碰到行程開關，

64、電磁鐵失電， 兩換 向閥同時換中位，實現系統保壓。 18 XXXXX大學學士學位論文 當按下勻速上升按鈕， 電磁鐵得電， 換向閥 1 工作在左位， 換向閥 2 工作在右位。油液通過節(jié)流閥流向四個液壓缸， 四個液壓缸同步勻速上升， 油液再通過節(jié)流閥在流回油箱。 當液壓缸上升到上限位置碰到行程開關， 電磁鐵失電， 兩換向閥同時換中位，實現系統保壓。 當按下下降按鈕，電磁鐵得電，換向閥 1 工作在右位，換向閥 2 工作在左位，油液再通過單向閥在流回油箱。 當液壓缸下降到下限位置碰到行程開關， 電磁鐵失電，兩換向閥同時換中位，實現系統卸荷。 當液壓系統出

65、現故障等要求緊急停止時， 按下停止按鈕， 電磁閥復位， 電磁閥都失電，兩個換向閥都置中位，整個系統停止 。 4.3 液壓元件的選擇 4.3.1 液壓泵及電動機的選擇 由表 3-6 得已知液壓缸的工作壓力在快退階段達到最大。設進油路壓力損 失∑△ P=0.5MPa ，則液壓泵的最高工作壓力為 :Pp ≧P1+∑Δ P1=1.11+0.5=1.61MPa 因此，液壓泵的額定壓力可以取為（ 1.61+1.61 25%） MPa=2.01MPa。將流量值 18L/min 代入公式 Qq≧k1∑qmax中，（其中 k1 為系統的泄漏修正系數，一般取

66、為 k1=1.1~1.3 ）分別求出快進及工進階段的供油量。 快進快退時泵的供油量為： Qp≧kq=1.1 18=19.8L/min 工進時泵的流量為： Qp≧kq=1.1 0.94=1.04L/min 考慮到節(jié)流調速系統中溢流閥的性能特點， 應加上溢流閥穩(wěn)定工作時的最小 溢流量一般取為 3L/min 。 查產品樣本，選擇小泵排量 V=25ml/min 的 TB1 型的單聯葉片泵，額定轉速 n=960r/min ， 則泵的額定溢流量為 Qp=Vη pv=25960 0.9 0.001L/min=22L/min 。 由表 3-6 可以看出，快退階段功率最大，所以根據快退階段功率計算電動 機功率。 設快退時進油路的壓力損失為∑△ P1=0.2MPa,液壓泵的總效率為 p=0.7, 則電動機功率為 19 升降舞臺液壓系統設計計算 Pp=PpQp/ηp=(p1+Σ△p1)Qp/